Као што је приказано на слици 3, постоје три доминантне технике које имају за циљ да обезбеде СиЦ монокристал високог квалитета и ефикасности: епитаксија течне фазе (ЛПЕ), физички транспорт паре (ПВТ) и високотемпературно хемијско таложење паре (ХТЦВД). ПВТ је добро успостављен процес за производњу СиЦ монокристала, који се широко користи у великим произвођачима плочица.
Међутим, сва три процеса се брзо развијају и иновирају. Још увек није могуће утврдити који ће процес бити широко прихваћен у будућности. Конкретно, последњих година је забележен висококвалитетни монокристал СиЦ произведен растом раствора великом брзином, раст СиЦ у маси у течној фази захтева нижу температуру од оне у процесу сублимације или таложења, и показује изврсност у производњи П -тип СиЦ супстрати (Табела 3) [33, 34].
Слика 3: Шема три доминантне технике раста монокристала СиЦ: (а) епитаксија течне фазе; (б) физички транспорт паре; (ц) високотемпературно хемијско таложење паре
Табела 3: Поређење ЛПЕ, ПВТ и ХТЦВД за узгој СиЦ монокристала [33, 34]
Раст раствора је стандардна технологија за припрему сложених полупроводника [36]. Од 1960-их, истраживачи су покушавали да развију кристал у раствору [37]. Када се технологија развије, презасићеност површине раста може се добро контролисати, што методу решења чини обећавајућом технологијом за добијање висококвалитетних монокристалних ингота.
За раст раствора СиЦ монокристала, извор Си потиче од високо чистог Си растопа, док графитни лончић служи двострукој намени: грејач и извор Ц раствора. Већа је вероватноћа да ће монокристали СиЦ расти испод идеалног стехиометријског односа када је однос Ц и Си близу 1, што указује на мању густину дефеката [28]. Међутим, при атмосферском притиску, СиЦ не показује тачку топљења и разлаже се директно преко температура испаравања које прелазе око 2.000 °Ц. Растопљени СиЦ, према теоријским очекивањима, могу се формирати само под јаким што се види из Си-Ц бинарног фазног дијаграма (слика 4) и при температурном градијенту и систему раствора. Што је виши Ц у топљењу Си, варира од 1ат.% до 13ат.%. Покретачка презасићеност Ц, бржа је стопа раста, док је ниска Ц сила раста Ц презасићеност којом доминира притисак од 109 Па и температура изнад 3.200 °Ц. Може да презасићење производи глатку површину [22, 36-38]. Температуре између 1400 и 2800 °Ц, растворљивост Ц у топљењу Си варира од 1ат.% до 13ат.%. Покретачка снага раста је презасићеност Ц у којој доминирају температурни градијент и систем раствора. Што је већа презасићеност Ц, то је бржа стопа раста, док ниска презасићеност Ц производи глатку површину [22, 36-38].
Слика 4: Си-Ц бинарни фазни дијаграм [40]
Допинг елементи прелазног метала или елементи ретких земаља не само да ефикасно снижавају температуру раста, већ се чини да је то једини начин да се драстично побољша растворљивост угљеника у топљењу Си. Додатак метала прелазне групе, као што су Ти [8, 14-16, 19, 40-52], Цр [29, 30, 43, 50, 53-75], Цо [63, 76], Фе [77- 80], итд. или ретки земни метали, као што су Це [81], И [82], Сц, итд. у топљењу Си омогућава растворљивост угљеника да се прелази 50ат.% у стању близу термодинамичке равнотеже. Штавише, ЛПЕ техника је повољна за П-тип допинга СиЦ, што се може постићи легирањем Ал у
растварач [50, 53, 56, 59, 64, 71-73, 82, 83]. Међутим, уградња Ал доводи до повећања отпорности П-типа СиЦ монокристала [49, 56]. Осим раста Н-типа под допирањем азотом,
раст раствора се углавном одвија у атмосфери инертног гаса. Иако је хелијум (Хе) скупљи од аргона, многи научници га фаворизују због нижег вискозитета и веће топлотне проводљивости (8 пута више од аргона) [85]. Брзина миграције и садржај Цр у 4Х-СиЦ су слични у атмосфери Хе и Ар, доказано је да раст под Хере резултира већом стопом раста од раста под Ар због веће дисипације топлоте држача семена [68]. Он спречава настанак шупљина унутар израслог кристала и спонтану нуклеацију у раствору, а затим се може добити глатка морфологија површине [86].
Овај рад је представио развој, примене и својства СиЦ уређаја, као и три главне методе за узгој СиЦ монокристала. У наредним одељцима су прегледане тренутне технике раста решења и одговарајући кључни параметри. Коначно, предложен је изглед који говори о изазовима и будућим радовима у вези са масовним растом СиЦ монокристала путем методе раствора.
Време поста: Јул-01-2024